第4章交流異步電動(dòng)機(jī)1

1.了解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動(dòng)原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，掌握起動(dòng)和反轉(zhuǎn)的基本方法,了解調(diào)速和制動(dòng)的方法。3.理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義。第4章交流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的分類：鼠籠式異步交流電動(dòng)機(jī)授課內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性、控制方法

電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)第4章交流電動(dòng)機(jī)直流電機(jī)的勵(lì)磁方式:定子主磁極上勵(lì)磁繞組通以直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢。勵(lì)磁磁動(dòng)勢單獨(dú)產(chǎn)生的磁場是直流電機(jī)的主磁場，又稱為勵(lì)磁磁場。勵(lì)磁繞組的供電方式稱為勵(lì)磁方式。直流電機(jī)按勵(lì)磁方式的不同可以分為以下4類。

1.他勵(lì)直流電機(jī)他勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組由其他直流電源供電，與電樞繞組之間沒有電的聯(lián)系.2.并勵(lì)直流電機(jī)并勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，勵(lì)磁電壓等于電樞繞組端電壓。3.串勵(lì)直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，勵(lì)磁電流等于電樞電流.4.復(fù)勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)的每個(gè)主磁極上套有兩個(gè)勵(lì)磁繞組：一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；另一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組.圖1.4.1直流電機(jī)的勵(lì)磁方式(a)他勵(lì)；

(b)并勵(lì)；

(c)串勵(lì)；

(d)復(fù)勵(lì)

1.定子4.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成，是電機(jī)磁路的一部分。A----XB----Y是電機(jī)的電路部分。C----Z定子繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體，形狀像鼠籠。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，三相繞組接成星形。三根端線接在裝在轉(zhuǎn)軸上的銅滑環(huán)上，通過一組電刷與外電路相連接。鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)子用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1.定子的旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600動(dòng)畫0分析得出結(jié)論：

當(dāng)空間彼此相差120°的三個(gè)相同的線圈通入對(duì)稱三相交流電時(shí)，就能夠產(chǎn)生與電流變化有相同角速度的旋轉(zhuǎn)磁場（即一個(gè)周期內(nèi)電流的相位角變化了360°，其合成磁場的方向在空間也旋轉(zhuǎn)了360°）。AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。動(dòng)畫任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY60003.旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)P

當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，繞組的始端之間互差120°，產(chǎn)生一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。即：AXBYCZAXYCBZ6000

若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC極對(duì)數(shù)動(dòng)畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對(duì)數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'06004.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的磁極對(duì)數(shù)p=1時(shí)0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時(shí)0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對(duì)數(shù)p的關(guān)系極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對(duì)數(shù)p有關(guān)?？梢?4.1.3電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1.轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF磁場對(duì)通電線圈的作用----轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩

（α：線圈平面與磁感線的夾角）

單位：牛頓·米（N·m）直流電動(dòng)機(jī)物理模型

轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為啟動(dòng)瞬間，n=0，s=1，最大;空載轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速最高,S最小。4.2

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.當(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)

T有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。4.2.1機(jī)械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT動(dòng)畫s=1動(dòng)畫n=0電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)

如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax

轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1

一定時(shí)，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2

<Tmax

，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2

sm

n。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0時(shí)，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2

Tst

。對(duì)繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。OTTst啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)4.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載）。此過程中，n

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動(dòng)增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T′2達(dá)到新的平衡T2常用特性段TO4.3

三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號(hào)

磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號(hào)機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)教材表4.1中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號(hào)漢字意義老代號(hào)Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2

聯(lián)結(jié)3.電壓例如：380/220V、Y/

是指線電壓為380V時(shí)采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時(shí)采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值,從而使電動(dòng)機(jī)過熱。電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。4.電流例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72~93％電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN

三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7~0.9?？蛰d時(shí)功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。P2cos

O如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級(jí)指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級(jí)，分為A、E、B、F、H五級(jí)，A級(jí)最低(105oC)，H級(jí)最高(180oC)。例1:1)解:

一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定